Roteiro elaborado com base na documentação que acompanha o conjunto por: Osvaldo Guimarães – PUC-SP
Além do descrito neste roteiro, este item possui placas de alumínio de
espessuras diversas, bloquinhos de concreto e outros materiais para medidas de coeficientes de atenuação das emissões radioativas.
Tópicos Relacionados
Radioatividade, atividade de uma fonte, alcance α, β e γ, atenuação e blindagem de emissões radioativas.
Princípios e objetivos
Partículas α são completamente absorvidas por uma folha de papel, enquanto a emissão β é fracamente atenuada pela folha. A redução de intensidade das emissões com o uso de uma simples folha de papel permite, portanto,
identificar a presença de emissões α. Os objetivos são:
1. Determinar a redução percentual na taxa de contagem causada por uma folha de papel em distância de 1 cm até 7 cm.
2. Determinar o alcance das partículas α a partir da comparação das intensidades com e sem o uso de uma fina folha de papel.
Equipamentos
127 V 220 V
Tubo de contagem, tipo B e 09005.00 09005.00 1 Placas de absorção, Al/Pb, 50x100 mm 09014.01 09014.01 1 material absorvedor, Plexiglas 09029.04 09029.04 1 material absorvedor, concreto 09029.05 09029.05 1
Base magnética 09053.01 09053.01 2
Prendedor de tudo de contagem 09053.02 09053.02 1 Unidade de contagem Geiger-Müller 13606.99 13606.99 1
(conjunto de Fontes Radioativas (5) 41733.2E 41733.2E 1)
Montagem e procedimentos
Para visão geral dos componentes observe a figura 1.
Fig. 1: elementos do item “Experimentos de Física Nuclear”
Fixe o sensor Geiger-Müller no suporte com base magnética, ligue-o ao contador digital. Em seguida, insira a fonte no tubo apropriado e vá
registrando as contagens a cada 10 s, variando-se a distância desde 1 cm até 7 cm, de 0,5 cm em 0,5 cm, com a interposição da folha de papel na janela do sensor e sem a interposição.
Para contagens muito baixas, (abaixo de 1000 Bk) aumente o tempo de medida para 60 s.
Tabule os resultados como, por exemplo, na tabela 1.
cm d s cont/10 folha) Ativ.(sem s cont/10 folha) Ativ.(com s cont/10 Ativ.) ( ∆ % 100 folha) Ativ.(sem Ativ.) ( ∆
Tabela 1: preparação p/ tabulação dos resultados obtidos.
1 A qual distância o efeito da folha de papel a taxa de contagem fica praticamente inalterada (com ou sem a folha)?
1 Qual é o alcance das partículas α no ar? Observe que a substância radioativa está a cerca de 0,7 cm da janela de saída do tubo de suporte.
Teoria e Análise
Por causa de sua alta capacidade de ionização específica no ar, as partículas · têm somente um alcance de poucos centímetros.
Isto depende de sua energia, e pode ser calculado pela seguinte relação empírica: 5 , 1 476 , 0 E
R= (cm/MeV) – válida para o ar sob pressão normal a 15 ºC. Nas transformações nucleares, todas as partículas α são emitidas com a mesma quantidade de energia, assim, seu alcance é uniforme e claramente delimitado, contanto que sua energia não seja afetada por materiais de cobertura da fonte ou camadas de outros materiais aquém de seu alcance normal.
A fonte de radiação usada neste experimento tem emissões α de diferentes energias e também emissões β, para as quais o contador Geiger-Müller responde da mesma forma. A diferenciação do tipo de radiação não é,
portanto, possível pensando somente no contador. O método proposto aqui, no qual a relativa influência de uma folha de papel na contagem da atividade é utilizada para identificar o tipo de emissão, tem os seguintes problemas: A redução da taxa de contagem à medida que aumentamos a distância não pode ser atribuída exclusivamente às partículas que não atingem o alcance. Embora a folha de papel absorva completamente as partículas α, ela também atenua o feixe de raios γ. A taxa de contagem é, portanto reduzida pela folha de papel além do que seria se considerássemos somente as partículas α. As diferenças entre as taxas de contagem com ou sem a folha de papel é bem pequena, particularmente em longas distâncias, ou seja, em baixas
contagens. Variações consideráveis podem, portanto acarretar reduções consideráveis na taxa de atividade. Isto faz com que devamos aumentar o tempo de medida quando as taxas de contagens são muito baixas.
Observações e advertências
Como a fonte de radiação fica muito próxima do tubo sensor, nas condições iniciais, o perigo de danos por contato na janela do detector é muito grande. Os estudantes devem ser alertados para isso.
Para atividades educacionais, a fonte de radiação deve ser removida do seu recipiente somente no instante de sua utilização e guardada logo após o uso.
Resultados
Veja tabela 2
Análise
O efeito da folha de papel na taxa de contagem torna-se claramente pequeno a partir da distância 2,5-3 cm, porque após essa região não deve haver a
presença de partículas α e há meramente uma atenuação na radiação γ. Como a substância radioativa está a 0,7 cm do furo de saída de seu suporte, o alcance das partículas α pode ser estimado como sendo Rα ≤ (2,5 + 0,7) cm
= 3,2 cm. Isso corresponde a uma energia Eα = 2,72 MeV. Esse valor está
muito abaixo que os 4 MeV a 7 MeV da literatura, por causa da pequena cobertura que tem a fonte radioativa e da absorção na própria janela do sensor não terem sido consideradas.
Tabela 2: Exemplo de resultados obtidos.
cm d s cont/10 folha) Ativ.(sem s cont/10 folha) Ativ.(com s cont/10 Ativ.) ( ∆ % 100 folha) Ativ.(sem Ativ.) ( ∆ 1,0 3575 2883 692 19,3 1,5 2118 1678 440 20,7 2,0 1538 1230 308 20,0 2,5 1071 867 204 19,0 3,0 4130 3662 468 11,3 3,5 3360 3072 288 8,63 4 2778 2480 298 10,7 5 1830 1603 227 12,4 6 1404 1237 167 11,8 7 971 854 117 12,0
Ficha técnica – Tubo do contador Geiger – 09005.00
Instruções de operação
1. Finalidades e descrição
O tubo do conjunto contador Geiger-Müller, classe B, é do tipo halogênico de auto-extinção para detecção de emissões α, β e γ.
Um longo patamar de operação (425 . . . 650 V) com baixa declividade, permite a seleção segura do ponto de operação.
A verdadeira câmara de contagem, montada em um cilindro metálico com um conector permanente do tipo BNC, possui como cobertura uma fina parede metálica que é permeável à radiação γ. Uma janela de mica está localizada na frente do tubo. Esta é usada para a detecção de partículas α e também
partículas β de baixa energia, as quais não atravessam a parede metálica. Como essa janela é muito delicada, para possibilitar a alta sensibilidade, ela é protegida contra danos mecânicos por uma tampa plástica.
O fio axial do interior da câmara está conectado ao condutor central do cabo de ligação por um resistor de 10 MΩ, enquanto a parede metálica é conectada à parte externa do cabo de ligação co-axial com terminal BNC.
Em operação, o cabo do tubo contador deve ser conectado diretamente à entrada da unidade de contagem de pulsos que estiver sendo usada. Unidades de contagem adequadas são aquelas que possuírem tensão de trabalho dentro da faixa do tubo contador (500 V DC é o recomendado). Para um apoio seguro do equipamento, recomendamos o conjunto de
suportes para Radioatividade 09053.77 ou o Conjunto Experimental de Física Nuclear 09053.88.
Importante: Deve-se ter especial cuidado com a extremamente fina janela de mica. Ela não deve ser tocada. A tampa plástica deve ser imediatamente reposta quando a janela não estiver sendo usada. Não há necessidade de remoção dessa tampa para detecção de partículas β com muita energia. A pressão externa não pode ser inferior a 320 mbar e não deve exceder a pressão atmosférica normal. O furo central na tampa permite a equalização das pressões após a sua colocação.
3. Dados técnicos
Tipo tubo contador com descargas e auto- extinção Emissões detectáveis α, β e γ Gás halogênio Densidades envoltório 250 mg/cm2 janela de mica 2 . . 3 mg/cm2 Tensão de operação 500 V DC Extensão do patamar > 200 V Inclinação do patamar 0.04 %/V Tempo morto ~ 100 µs
Efeito de background ~ 15 pulsos/minuto Vida útil > 1010 pulsos
4. Equipamentos
São recomendados os seguintes equipamentos de contagem para acoplamento ao tubo.
Unidade de contagem Geiger-Müller 13606.99 Contador digital – 4 dígitos 13600.93 Contador digital – 6 dígitos 13603.93
Medidor de Atividade Radioativa 13622.93 Interface COBRA3 (com o módulo seguinte) 12150.00
Ficha técnica – Contador p/ Geiger-Müller – 13606.99
Instruções de operação
1. Finalidades
Este instrumento se destina, principalmente, à contagem de pulsos na montagem de Geiger-Müller. Para tanto, a câmara receptora deve ser conectada a ele.
Além da entrada para o tubo contador Geiger, adicionalmente há uma
entrada TTL que possibilita a medida de freqüências, e.g. quando acoplada à sonda sonora 03542.00.
Esse contador é concebido tanto para atividades didáticas como para trabalhos práticos em Física. Mas é também muito adequado para demonstrações devido às grandes dimensões do seu visor digital.
2. Peças e elementos de operação
O cabo de conexão fornecido permite a ligação à rede elétrica AC. Encaixa-se na parte traseira do instrumento. Na parte inferior do ponto de conexão tem-se um retem-servatório para fusíveis que só tem-se contem-segue abrir tem-se o terminal do cabo estiver ausente, prevenindo acidentes. Para reposição do fusível 5 mm X 20 mm, observe o local adequado.
O interruptor principal para ligar o equipamento está também imediatamente próximo do ponto de conexão, na parte posterior do gabinete. Todas as outras partes relevantes para operação situam-se na parte frontal (veja figura).
1 Botão start/stop
para iniciar as medidas. Quando esse botão é pressionado antes do fim do tempo de medida selecionado, o procedimento de contagem se
interrompe e o valor é mostrado. Nesse caso, uma nova medida não pode ser iniciada até que seja zerado o visor com o botão RESET.
2 Entrada do contador
é uma conexão BNC para acoplamento ao tubo contador Geiger. A conexão fornece a tensão adequada para a operação do tubo contador.
3 Botão RESET
para zerar o visor. Após esse botão ter sido pressionado, a contagem pode ser reiniciada pressionando-se o botão 1.
4 Par de encaixes p/ entrada adicional
são encaixes para pinos tipo banana de 4 mm para que o equipamento seja alimentado por sinais TTL, pulsos de tensão, medindo-se a
freqüência.
5 Botão giratório
para selecionar-se o tempo de medida ou o modo de operação. São três modos de operação:
Medidas isoladas com tempo de medida fixado
Os intervalos de tempo 1 s, 10 s, 60 s e 100 s estão disponíveis nesse modo. Depois de pressionado o botão START/STOP, as medidas se interrompem no tempo determinado. Se o visor não for zerado com o botão RESET antes que uma nova medida seja feita, os pulsos
adicionais são acrescidos à primeira medida.
Também uma interrupção prematura da medida é possível
pressionando-se o botão STAR/STOP. Depois disso, esse botão deixa de ser funcional, até que o visor seja zerado com o botão RESET.
Medidas isoladas com interrupção manual da contagem
Na posição ∞ , depois de iniciar o procedimento de contagem
pressionando-se START/STOP, o contador se mantém operando até que START/STOP seja pressionando novamente. A medida pode ser
retomada pressionando-se 1 e os novos impulsos contados se adicionam ao valor anteriormente mostrado.
Tão logo o visor atinja 9999 (sobrecarga), a medida é interrompida nesse valor e ele permanece no visor.
Sucessão automática de medidas
Na posição Auto/10 s, depois de pressionado 1, a contagem prossegue até que o tempo de 10 s seja atingido. A medida permanece no visor enquanto, em segundo plano, uma nova contagem está sendo feita, partindo do zero. Novamente, após mais 10 s, essa nova contagem é mostrada e assim sucessivamente. Esse modo de operação é
particularmente adequado para um registro confortável da curva de decaimento de um elemento (determinação da meia-vida) para nuclídeos de meia-vida curta. Para interromper, aperte o botão START/STOP.
6 Botão do alto-falante
Para ligar ou desligar os sinais sonoros.
7 LED de aviso
Acende-se quando o alto-falante está ligado.
8 Alto-falante
Para observação acústica dos impulsos. Os impulsos podem ser ouvidos mesmo que o procedimento de contagem não tenha sido iniciado.
9 Visor
Para mostrar os resultados da contagem.
3. Manuseio
Conecte o contador à rede elétrica. Como fonte de sinais, conecte um dos tubos contadores adequados. Na conexão BNC (2) ou na conexão para sinais TTL (4). O cabo de conexão não deve ter mais do que 3 m de comprimento. As duas entradas não podem ser usadas simultaneamente.
Ligue o aparelho acionando a chave principal situada na parte posterior do gabinete. Posicione o botão 5 para o tempo de medição escolhido ou modo de operação e comece as medidas pressionando o botão 1. Possibilidades
adicionais e detalhes de funcionamento são dados na secção “Peças e elementos de operação”.
Não pressione o botão 1 enquanto uma medida com tempo pré-selecionado estiver sendo efetuada; a leitura do visor ficaria sem uso, pois o tempo de medida é desconhecido. Essa função existe apenas para interrupções de medidas em condições falhas. Quando o contador não continuar a partir da medida mostrada anteriormente ao apertar-se o botão 1, isso é certamente porque a última medida foi prematuramente interrompida. Nesse caso, o contador só estará pronto para novas leituras após pressionar-se RESET.
Cargas eletrostáticas podem influenciar o instrumento de forma a sair das suas especificações. As seguintes precauções podem ser tomadas para prevenirem-se esses efeitos:
Evite pisos de carpete. Verifique os aterramentos.
4. Especificações
Entradas tubo contador (conexão BNC)
TTL (pino 2 mm X 4 mm)
Tensão do tubo contador 500 V
Visor digital 4 dígitos – 7 segmentos
Altura dos dígitos 19 mm
Alimentação 100 V – 240 V~, 50 a 60 Hz
Dimensões do gabinete 194 x 140 x 130 mm3
Acessórios que podem ser adquiridos separadamente
Para uso como contador Geiger-Müller
Tubo Geiger receptor tipo A 09025.11 Tubo Geiger receptor tipo B 09005.00 Tubo Geiger receptor tipo C 09006.00 Adaptador BNC p/ tubo C 09006.01 Para medidas de freqüência de ondas sonoras
Sonda sônica 03542.00
